CCSD HP-UHP变质岩中磷灰石稀土元素(REE)地球化学及其示踪意义

磷灰石是一种能在UHP变质峰期稳定存在并富含稀土元素(REE)的常见副矿物,其REE组成变化可以对变质过程进行地球化学示踪。本文利用激光剥蚀等离子光谱仪(LA-ICP-MS)对中国大陆科学钻探(CCSD)钻井中及其附近出露的不同变质程度的HP-UHP变质岩(榴辉岩、角闪(片)岩和片麻岩)中的磷灰石进行了REE组成原位测定,结果显示不同围岩中磷灰石的REE组成特征及其相关系数变化很大,其球粒陨石标准化配分曲线可以分为3大类:Ⅰ.轻稀土(LREE)富集型,其REE总量(∑REE)很高,可达n×1000×10^(-6);Ⅱ.中稀土(MREE)富集型,其(La/Sm)_N<1,Eu异常变化较大;Ⅲ.重稀土(HREE)富集型,其配分曲线呈明显的左倾形式,∑REE总量很低,仅为9.228×10^(-6),且具明显的Eu负异常。磷灰石颗粒原位分析显示从边部到中心∑LREE有逐渐升高的趋势,表明了在俯冲折返的过程发生过短时增温作用,并极有可能发生过部分熔融。部分熔融过程中磷灰石中的LREE将与其它大离子半径元素一起优先释放。

峨眉山大火成岩省晚期酸性火山岩的岩石地球化学特征

峨眉山大火成岩省出露有少量酸性火山岩,它们与基性火山岩共生,表现出双峰式的特征,为研究峨眉山地幔柱晚期岩浆活动提供了重要的窗口。本文通过对双峰式火山岩主、微量元素和斑晶电子探针分析研究表明,基性火山岩属于碱性玄武岩,酸性火山岩主要由粗面岩组成;相对玄武岩,粗面岩中MgO、Fe2O3、P2O5、TiO2、CaO含量明显降低;粗面岩与玄武岩具有相互平行的REE配分模式,但粗面岩出现明显的Eu负异常,以及Sr、Ti等元素的强烈亏损;粗面岩与玄武岩具有同源的特征,通过稀土元素模拟计算表明粗面岩可以由玄武质岩浆经过80%分离结晶作用(辉石、斜长石和Fe-Ti氧化物)而形成。在峨眉山大火成岩省晚期出现双峰式火山岩,可能与地幔柱活动晚期岩浆供给少,在地壳岩浆房中停留时间长,岩浆发生强烈分离结晶作用有关。

钼的地球化学性质与成矿

钼在硅酸盐地球中的丰度很低,作为中度不相容元素,简单的岩浆形成、演化过程很难使之从地壳丰度直接富集到工业品位。我们研究结果显示钼的成矿主要通过两阶段富集过程来实现:一是与风化、沉积有关的表生过程;二是与板块俯冲或深埋熔融有关的岩浆过程。钼是变价元素,在寒武纪大气氧再次升高以后,钼在地表化学风化过程中容易被氧化为水溶性的Mo O42-,进入地表径流和海洋湖泊中,并且在还原条件下进入富含有机质的黑色页岩等沉积物(岩)中。富钼沉积物(岩)在随板块俯冲到地幔或深埋等条件下可以因升温变质,进而发生部分熔融,形成富钼的原始岩浆,在俯冲条件下往往形成斑岩铜(金)钼矿床,氧逸度低于斑岩铜矿,而斑岩钼矿的氧逸度更低。具有高化学风化速率、大的流域面积的封闭、半封闭型水域和河口地区是表生过程中钼富集的最佳区域,是大型钼矿形成的基础。

CCSD HP-UHP变质岩中石英脉微量元素和稀土元素地球化学

利用等离子质谱(ICP-MS)测定了CCSD HP-UHP变质岩中石英脉及东海水晶的微量元素和稀土元素组成,结果显示其中微量元素总体含量很低,Rb/Sr、Nb/Ta和Zr/Hf变化很大,说明Rb和Sr、Nb和Ta、Zr和Hf之间发生了不同程度的分异,但变质岩未曾发生过广泛强烈的水岩反应。部分样品中Rb和Cs含量特别低,显示CCSD中部分石英脉可能曾经历过超高压变质过程.CCSD石英脉和东海水晶均具有LREE富集而HREE明显亏损的特征,显示其来源主要为壳源.CCSD石英脉中正负Ce异常同时出现,显示板块俯冲前,超高压变质岩的原岩曾在地表较氧化的环境下经历过强烈的风化作用。对比研究显示,CCSD不同围岩中石英脉、地表石英脉和东海水晶的微量元素N-MORB标准化模式和REE球粒陨石标准化配分曲线,与其各自围岩具有一定的对应相似关系,表明大多数石英脉(水晶)来自于围岩,同时显示板块俯冲和折返所释放的流体活动范围较小,没有发生大规模的迁移。

河北阳原新生代玄武岩中两类辉石岩包体的矿物学和地球化学特征

位于大兴安岭-太行山重力梯度带西侧的阳原新生代玄武岩中含有大量橄榄岩和辉石岩包体。辉石岩包体含有绿色的Cr辉石岩和黑色的Al辉石岩包体两种类型,均为二辉岩,且多数样品中单斜辉石含量高于斜方辉石。岩石结构和主微量元素组成说明阳原辉石岩是高压堆晶体。其EMI型Sr-Nd同位素特征,明显不同于寄主玄武岩,暗示两者没有成因联系,而可能代表古老岩浆事件的产物。综合文献资料发现重力梯度带西侧的辉石岩包体大多具有富集同位素特征,而东侧的样品以亏损同位素组成为主。这种空间上的成分差异暗示重力梯度带分隔两个不同的地幔域,也可能与重力梯度带两侧岩石圈地幔形成时代不同有关。

CCSD HP-UHP榴辉岩中金红石矿物学和地球化学

中国大别-苏鲁造山带是中朝板块与扬子板块俯冲-碰撞作用的产物,西起昆仑、阿尔金和祁连山,东至大别和苏鲁地区,是世界上最大的超高压变质带之一(Xu等,1992;Cong等,1996;You等,1996;Wallis等,1999;Liou,等,2001;杨经绥等,2003).位于该造山带南部东海县的中国大陆科学钻探工程(CCSD)钻孔中岩石主要由各类榴辉岩,正、副片麻岩,超基性栽岩和少量片岩和石英岩组成(张泽明等,2004).其中各类榴辉岩均含有金红石,其中金红石榴辉岩含量最高可达10%左右.岩石类型钻孔和地表出露基本一致.……

Lu-Hf同位素体系及其岩石学应用

Lu-Hf是近几年来发展极为迅速的一门同位素定年和地球化学示踪技术。本文对这一同位素体系的发展历史、岩石学应用和存在的问题进行了全面的评述,对目前常见的样品溶解、质谱测定和激光剥蚀技术进行了全面介绍。虽然Lu-Hf同位素的发展历史可划分为TIMS、hot-SIMS、MC-ICPMS三个阶段,但MC-ICPMS仪器的出现,使Hf同位素发展速度明显加快。在介绍了Lu-Hf同位素的基本地球化学行为和基本原理之后,本文对这一同位素体系在岩石学上的应用作了全面的介绍,内容包括含石榴石和磷灰石岩石的同位素定年、早期大陆地壳形成与演化、不同端元地幔的性质及成因、岩浆作用过程的Hf同位素鉴别、区域地球动力学演化、变质作用过程中的Hf同位素变化等。最后对Lu的衰变常数、测定标准(JMC475溶液和固体锆石/斜锆石标准)的Hf同位素组成及Hf同位素的封闭温度等问题进行了讨论。

贵州乐康P/T界线无机碳同位素特征及其意义

贵州乐康深水海槽相中的无机碳同位素研究表明,晚二叠世由于局限环境,区域内生物贫乏,相对应的碳同位素值比同期其他剖面中碳同位素值偏低。而在长兴阶晚期,由于受区域内火山作用的影响,在剖面界线之下发育另一个碳同位素负异常,之后碳同位素有所回升,直至界线附近降低为最低值。早三叠世由于绝灭之后的生物复苏缓慢,无机碳同位素表现为低正值。碳同位素特征显示,碳同位素的变化受到了生物和环境等多种因素的综合控制。

论攀西猫猫沟霞石正长岩与峨眉山大火成岩省的成因联系:年代学和岩石地球化学证据

猫猫沟霞石正长岩体出露于峨眉山大火成岩省的中部,与峨眉山玄武岩呈侵入接触关系.锆石SHRIMPU-Pb测年表明,该岩体的结晶年龄为(261.6±4.4)Ma,与攀西地区新街-攀枝花等层状侵入岩的年龄以及根据地层学资料制约的峨眉山玄武岩年龄相近.岩石地球化学分析进一步揭示猫猫沟霞石正长岩具有与峨眉山玄武岩相似的源区,可能是攀西地区下地壳底侵层中辉长质堆晶岩部分熔融的产物.这些时间、空间和岩石成因上的联系为该地区玄武岩-基性超基性侵入岩-中酸性碱性侵入岩的“三位一体”特征提供了进一步的证据.

华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论

华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题,但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素,多有争论。本文对上述问题进行了全面的回顾与讨论,内容包括:(1)是克拉通破坏还是岩石圈减薄;(2)古生代以来华北克拉通岩石圈地幔时代与壳幔解耦;(3)岩石圈减薄与克拉通破坏发生的时间;(4)岩石圈减薄的垂向幅度;(5)克拉通破坏在中国东部的空间分布;(6)克拉通破坏机制;(7)克拉通破坏的地球动力学原因;(8)华北克拉通破坏在世界上的特殊性等。文后,汇编了近10余年来华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的重要文献。

阿尔泰早古生代末期洋中脊俯冲:锆石Hf同位素组成突变的启示

从阿尔泰地区花岗岩、沉积岩及片麻岩中分选出来的岩浆成因锆石年龄介于280～2800Ma,记录了该区长期的岩浆活动历史.锆石的Hf同位素组成数据在420Ma左右出现剧烈的突变,显示～420Ma以前岩浆主要来自于古老物质和新生物质的混合,而在420Ma以后则以新生物质熔融为其主要生成方式.这可能暗示着幔源熔体的急剧加入导致该区岩石圈成分在约420Ma被彻底的改造.我们尝试用洋中脊俯冲来解释这一巨大变化,此构造模式不仅可以合理地解释这一时期形成的大量的来自于新生物质的花岗岩,成分复杂的基性岩以及埃达克-高镁安山岩-玻安岩-富铌玄武岩等岩石组合,而且可以解释同期的高温低压区域变质作用.

北江表层沉积物中铊污染的生态风险

为了解珠江水系北江流域表层沉积物中铊的含量,并在此基础上评价珠江流域北江铊污染现状及其生态风险,该研究于2006年采集了广东省北江韶关至清远段的沉积物样品,采用混酸消解后,使用ICP-MS测定了沉积物中铊的含量,应用潜在生态危害指数对北江的铊污染和生态危害进行评价。结果表明,珠江水系北江河段沉积物已达到了较高的铊污染水平,对周围环境存在着较高的铊生态风险。北江干流沉积物中的铊质量浓度范围为0.92～2.32mg·kg-1,平均值为1.70mg·kg-1;各支流沉积物中铊质量浓度范围为1.02～3.22mg·kg-1。个别采样点,特别是接近韶关冶炼厂排放口附近沉积物中铊的含量达到7.78mg·kg-1,具有极高的铊生态风险。对于北江各支流,铊的污染程度与潜在生态风险程度由高到低的排序为马坝河>武江>浈江>滨江>龙塘河,其中马坝河沉积物铊存在高度的生态风险。

CCSD超高压变质金红石U-Pb定年及其约束意义

本文尝试性地对来自中国大陆科学钻探(CCSD)主孔及地表的超高压(UHP)变质榴辉岩中的金红石进行了U-Pb定年研究,初步获得了211±22Ma的等时线年龄,这是苏北地区榴辉岩型金红石矿床的第一个直接的年龄结果,结合前人在大别山地区获得的首个准确的金红石U-Pb年龄:218Ma及金红石U-Pb体系大约500℃的封闭温度分析,该年龄代表的是UHP变质峰值期后板块折返过程的冷却年龄,峰值期形成的金红石在此时发生了变质重结晶作用。此年龄对整个苏鲁UHP变质地体的俯冲-折返历史及本地区榴辉岩型金红石矿床的形成过程都有重要的约束意义。

CCSD(0～5158m)HP-UHP变质岩中石英脉流体包裹体研究

本文对中国大陆科学钻探(CCSD)0～5158m HP-UHP变质岩石英脉中流体包裹体进行了研究,通过冷热台与拉曼光谱测定发现其中含有4种流体包裹体:(Ⅰ型)盐水溶液包裹体,并进一步分为高盐度盐水溶液包裹体(Ⅰa型)、中高盐度盐水溶液包裹体(Ⅰb型)、中等盐度盐水溶液包裹体(Ⅰc型)和低盐度盐水溶液包裹体;(Ⅱ型)N_2-CH_4纯气相包裹体;(Ⅲ型)含方解石子矿物的流体包裹体;(Ⅳ型)CO_2-NaCl-H_2O包裹体及纯CO_2包裹体。其中Ⅲ和Ⅳ型流体包裹体是CCSD石英脉中首次发现。Ⅰa、Ⅰb型流体包裹体主要以原生的形式赋存在榴辉岩及片麻岩的石英脉或石英颗粒当中,它们主要是被捕获于折返早期高压变质重结晶阶段;Ⅰc和Ⅰd两类包裹体则主要以次生的形式赋存于榴辉岩及片麻岩的石英脉或石英颗粒当中,说明它们是在超高压变质岩折返过程的较晚阶段捕获的。以原生形式出现的含方解石子晶及CO_2包裹体,指示部分石英脉及其围岩可能经历过超高压变质作用甚至麻粒岩相阶段。CCSD中的石英脉可能主要形成于折返早期高压变质重结晶阶段,其中的HP-UHP岩石在板块折返及其以后退变质过程中释放出的变质流体活动范围有限,没有经历大规模的流动或迁移。

滇东南马关地区新生代钾质玄武岩中幔源包体研究:深部物质组成与动力学过程探讨

滇东南马关地区新生代钾质玄武岩携带的幔源包体为研究该地区上地幔性质提供了物质基础。分析表明,全岩及单矿物中的玄武质组分与M gO含量之间均有很好的负相关性,与世界尖晶石二辉橄榄岩的变化趋势一致,表明橄榄岩包体代表了成分均一的上地幔经不同程度部分熔融后的残余;绝大多数包体亏损LREE及除U、Th以外的其他不相容元素,SrN-d同位素组成单一(87Sr8/6Sr=0.7022～0.7029,Nεd=9.5～12.3),显示了M ORB型地幔的成分特点。相对亏损橄榄岩(Fo>90)的平衡温度(928～959℃)低于饱满型橄榄岩F(o<90,956～1110℃)。这些特征表明,马关橄榄岩包体很可能代表了MORB型软流圈地幔底辟上涌、减压熔融后新增生的岩石圈地幔。

用玄武岩组成反演中—新生代华北岩石圈的演化

玄武岩的化学组成与地幔源区特征、部分熔融程度、地幔温度和岩石圈厚度等多个因素有关，因此可以用来反演深部地幔的演化。文中简要地阐述了用玄武岩组成获得岩石圈厚度及其变化的方法，并总结了有关华北中-新生代岩浆演化的两个最主要特征：（a）晚中生代岩浆活动经历了由早期的源自富集地幔的岩浆向后期亏损地幔起源岩浆的转变，而两个阶段为一岩浆间隙期（～10Ma）所分隔；（b）华北东、西部新生代玄武岩具有相反的碱性强度随时间的变化趋势。这些岩浆演化特征可以用岩石圈减薄过程中地幔地温梯度的逐渐升高、岩石圈地幔中富集组分在短时间内的不可再生以及岩石圈盖效应来解释。该认识为华北岩石圈减薄的时间尺度和机制以及减薄作用的时空不均一性提供了新的制约。

太行山重力梯度带的形成与华北岩石圈减薄的时空差异性有关

通过对比华北太行山重力梯度带两侧新生代玄武岩及其中幔源包体的成分,发现:(1)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的演化趋势,说明新生代以来西部岩石圈逐渐减薄,而东部岩石圈逐渐加厚;(2)西部岩石圈地幔组成相对复杂,年龄多为晚太古代-元古代;而东部岩石圈地幔组成相对单一,年龄多为现代值,少数为元古代;(3)西部壳幔过渡带较厚而东部较薄,反映两地不同的岩浆底侵作用程度．华北岩石圈组成的空间不均一性可能与岩石圈减薄过程的时空差异有关．岩相古地理分析说明太行山重力梯度带的雏形形成于早白垩世,与华北中生代岩浆活动的高峰相吻合．由于岩浆作用与岩石圈减薄作用密切相关,因此认为华北岩石圈减薄的时空不均一性是形成太行山重力梯度带的重要机制．

气体平衡法测定水的δD、δ^(18)O及其在冬季北海近岸水体示踪中的应用

在配备双路进样系统的稳定同位素质谱仪(Isotope Ratio Mass Spectrometry:IRMS)上采用气体平衡法测定微量水样的高精度氢氧稳定同位素组成,同时采用国际及国家水稳定同位素标样及实验室工作标准进行多次测试及校正,获得δD的外部精度为1.0‰—2.0‰,δ18O的外部精度好于0.1‰。利用该方法对2007年冬季北海附近表层海水、河口水等水体的δD、δ18O进行测定,结果显示,δD、δ18O组成可以区分不同的水体,δD与δ18O存在显著正相关关系,但其δD-δ18O相关关系与邻近地区大气降水有明显差异;同时δD、δ18O与盐度也存在很好的正相关关系。这些结果意味着δD-δ18O关系主要反映海水与河水的混合过程。结合现场观测的水文资料,发现δ18O与表面水温有中等相关性,意味着蒸发作用对水体的氧同位素组成也有一定的影响。这些关系可应用于海水对近岸水域影响的研究,以及利用δ18O-盐度方程重建古盐度。

月海玄武岩与月球演化

月海玄武岩主要产于月球近边的盆地中,覆盖面积为月球表面的1%,其形成年龄多在39～31亿年之间,是各类月岩中最年轻的。与地球玄武岩相似,月海玄武岩由斜长石、辉石和橄榄石组成,但它们比地球玄武岩具有更低的Mg#、Al2O3、K和Na含量,高的FeO含量(大于16%)和变化范围大的TiO2含量(小于1%到大于13%)。根据TiO2含量的变化,月海玄武岩分成高Ti(>6%),低Ti(1.5%<TiO2<6%)以及极低Ti(<1.5%)三类。所有月海玄武岩都具有Eu负异常,并亏损挥发性元素和亲铁元素。月海玄武岩的同位素特征指示其至少为三个组分混合的产物:(1)高238U/204Pb、高87Sr/86Sr和负εNd组分,可能是岩浆海分异的残余岩浆即KREEP;(2)低238U/204Pb、低87Sr/86Sr和正εNd组分,来源于原始月幔,其熔融产物为低Ti玄武岩;(3)中等87Sr/86Sr和εNd组分,位于月幔的顶部,经历了岩浆海(洋)过程中形成的堆晶物质的再熔融,还可能受到了陨击事件的影响,其熔融产物是高Ti玄武岩。月海玄武岩的元素和同位素地球化学性质支持岩浆海的假说,其源区的形成与岩浆海的分异密切相关,并经历了三个阶段:(a)岩浆海阶段,通过岩浆海的结晶分异形成顶部为斜长岩月壳,中间为高Ti、富钛铁矿层,底部为巨厚的硅酸盐低Ti层的三层壳幔结构;(b)富钛铁矿堆晶岩(携带少量残余熔体)因密度大而下沉至下部的硅酸盐月幔(400km以下);(c)月幔中这些不同源区的岩石发生减压熔融。早期由较浅的低熔点组分熔融形成低K高Ti玄武岩,之后形成来源较深的高Ti玄武岩和低Ti玄武岩。

CCSD HP-UHP变质岩中石英脉及东海水晶矿流体包裹体特征及成因探讨

位于江苏东海县毛北村的中国大陆科学钻探(CCSD)(图1-1)主孔深达5000余米,钻孔中主要岩石单元包括各类榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩、正片麻岩以及少量的超基性岩、片岩和石英岩等.同时,在CCSDHP-UHP岩石中还普遍出现呈透镜状、团块状、囊状和条带状产出的石英脉(图1-2,1-3).而且,东海境内还出现大量出露地表的石英脉和水晶矿(图1-4,1-5).……